EDA 工具的分类、现状及其应用EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统,是指以计算机为工作 平台,融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果,进行电子产 品的自动设计EDA技术是电子设计技术的核心利用EDA工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作 可以通过计算机完成,并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版 图的整个过程在计算机上自动处理完成现在对EDA的概念或范畴用得很宽包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿 产、生物、医学、军事等各个领域,都有EDA的应用目前EDA技术已在各大公司、企 事业单位和科研教学部门广泛使用EDA 设计可分为系统级、电路级和物理实现级1、 EDA 技术的发展过程和发展趋势EDA技术已有3 0年的发展历程,大致可分为三个阶段7 0年代为计算机辅助设计 (CAD)阶段,人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线,取代了手工操作 8 0年代为计算机辅助工程(CAE)阶段与CAD相比,CAE除了有纯粹的图形绘制功能外, 又增加了电路功能设计和结构设计,并且通过电气连接网络表将两者结合在一起,实现了工 程设计。
CAE的主要功能是:原理图输人,逻辑仿真,电路分析,自动布局布线,PCB后分 析9 0年代为电子系统设计自动化(EDA)阶段从目前的EDA技术来看,一体化工具和IP是发展方向伴随着设计复杂度的不断提高, 一体化的工具使用户受益于一个统一的用户界面,避免了在不同的工具间进行数据转换等繁 琐的操作利用这种一体化设计工具提供的统一库和统一界面可以加速IC工程师的设计速 度IP的合理应用是加速产品设计流程的一个有效途径按照美国EDA联盟(The EDA Consortium)2003年一季度的统计数据表明,IP产品的销售额是全球EDA工业中增加最快的 一个领域,较2002年同期增加了 36%IP复用是IC设计业中绝对的发展趋势同时,制造 工艺进步也促进 EDA 工具的革新在EDA软件开发方面,目前主要集中在美国如Syn opsys和Cade nee两大EDA工具 供应商EDA技术发展迅猛,完全可以用日新月异来描述EDA技术的应用广泛,现在已涉及到 各行各业 EDA 水平不断提高,设计工具趋于完美的地步2、 EDA 工具的类型EDA工具按主要功能或主要应用场合,分为电路设计与仿真工具、PCB设计软件、IC设 计软件、PLD设计工具及其它EDA软件,。
电子电路设计与仿真工具电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE; EWB; Matlab; SystemView; MMICAD等 下面简单介绍前三个软件1) SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是由美国加I 州大学推出的电路分析仿真软件,是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件, 1998 年被定为美国国家标准1984年,美国MicroSim公司推出了基于SPICE的微机版PSPICE (Personal—SPICE)现在用得较多的是PSPICE6.2,可以说在同类产品中,它是功能最 为强大的模拟和数字电路混合仿真EDA软件,在国内普遍使用最新推出了 PSPICE9.1版本 它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据 输出、并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果无论对哪种器件哪些电路进行仿真, 都可以得到精确的仿真结果,并可以自行建立元器件及元器件库2) EWB(Electronic Workbench)软件 是 Interactive ImageTechnologies Ltd 在 20世纪90年代初推出的电路仿真软件。
目前普遍使用的是EWB5.2,相对于其它EDA软件, 它是较小巧的软件(只有16M)但它对模数电路的混合仿真功能却十分强大,几乎100% 地仿真出真实电路的结果,并且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、 逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器和电压表、电流表等仪器仪表它的界面直观, 易学易用它的很多功能模仿了 SPICE的设计,但分析功能比PSPICE稍少一些3) MATLAB 产品族 它们的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块,包含了完整的函数集用来对图像信号处理、控制系统设计、神经网络等特殊应用进行分析和 设计它具有数据采集、报告生成和MATLAB语言编程产生独立C/C++代码等功能MATLAB 产品族具有下列功能:数据分析;数值和符号计算;工程与科学绘图;控制系统设计;数字 图像信号处理;财务工程;建模、仿真、原型开发;应用开发;图形用户界面设计等 MATLAB 产品族被广泛地应用于信号与图像处理、控制系统设计、通讯系统仿真等诸多领域开放式 的结构使MATLAB产品族很容易针对特定的需求进行扩充,从而在不断深化对问题的认识同 时,提高自身的竞争力PCB 设计软件PCB(Printed—Circuit Board)设计软件种类很多,如 Pro tel; OrCAD ; Viewlogic; PowerPCB; Cadence PSD; MentorGraphices 的 Expedition PCB; Zuken CadStart; Winboard/Windraft/Ivex-SPICE; PCB Studio; TANGO 等等。
目前在我国用得最多应属 Pro tel,下面仅对此软件作一介绍Pro tel是PROTEL公司在20世纪80年代末推出的CAD工具,是PCB设计者的首选软件 它较早在国内使用,普及率最高,有些高校的电路专业还专门开设 Protel 课程,几乎所在 的电路公司都要用到它早期的 Protel 主要作为印刷板自动布线工具使用,现在普遍使用 的是Protel99SE,它是个完整的全方位电路设计系统,包含了电原理图绘制、模拟电路与 数字电路混合信号仿真、多层印刷电路板设计(包含印刷电路板自动布局布线),可编程逻 辑器件设计、图表生成、电路表格生成、支持宏操作等功能,并具有Client/Server (客户 /服务器体系结构,同时还兼容一些其它设计软件的文件格式,如 ORCAD、 PSPICE、 EXCEL 等使用多层印制线路板的自动布线,可实现高密度PCB的100%布通率Pro tel软件功能 强大、界面友好、使用方便,但它最具代表性的是电路设计和PCB设计IC 设计软件IC设计工具很多,其中按市场所占份额排行为Cadence、Mentor Graphics和Synopsys 这三家都是ASIC设计领域相当有名的软件供应商。
其它公司的软件相对来说使用者较少 按用途来说IC设计软件包括设计输入工具、设计仿真工作、综合工具、布局和布线、物理 验证工具、模拟电路仿真器PLD 设计工具PLD (Programmable Logic Device)是一种由用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字 集成电路目前主要有两大类型:CPLD(Complex PLD)和 FPGA(Field Programmable Gate Array)它们的基本设计方法是借助于EDA软件,用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描 述语言等方法,生成相应的目标文件,最后用编程器或下载电缆,由目标器件实现生产 PLD的厂家很多,但最有代表性的PLD厂家为Altera和Xilinx公司PLD 的开发工具一般由器件生产厂家提供,但随着器件规模的不断增加,软件的复杂性 也随之提高,目前由专门的软件公司与器件生产厂家合作,推出功能强大的设计软件下面 介绍主要器件生产厂家和开发工具DALTERA 20世纪90年代以后发展很快主要产品有:MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、Stratix等其开发工具—MAX+PLUS II是较成功的PLD开发平台,最新 又推出了 Quartus II开发软件。
1 tera公司提供较多形式的设计输入手段,绑定第三方VHDL 综合工具,如:综合软件FPGA Express、Leonard Spectrum,仿真软件ModelSim2) Xilinx FPGA的发明者产品种类较全,主要有;XC9500/4000、 Coolrunner(XPLA3)、 Spartan、 Vertex 等系列,其最大的 Vertex—II Pro 器件已达到 800 万门开发软件为Foundation和ISE通常来说,在欧洲用Xilinx的人多,在日本和亚太 地区用ALTERA的人多,在美国则是平分秋色全球PLD/FPGA产品60%以上是由Alt era和 Xilinx提供的可以讲Alt era和Xilinx共同决定了 PLD技术的发展方向另外还有很多PLD生产厂家的产品,如ACTEL的反熔丝(一次性烧写)PLD,Lattice 的 ISP (In一System Programmability) 技术等等PLD (可编程逻辑器件)是一种可以完全替代74系列及GAL、PLA的新型电路,只要有 数字电路基础,会使用计算机,就可以进行PLD的开发PLD的编程能力和强大的开发 软件,使工程师可以在几天,甚至几分钟内就可完成以往几周才能完成的工作,并可将数百 万门的复杂设计集成在一颗 芯片内。
PLD技术在发达国家已成为电子工程师必备的技术其它EDA软件(1) VHDL 语言 超高速集成电路硬件描述语言(VHSIC Hardware Deseription Languagt,简称 VHDL),是 IEEE 的一项标准设计语言 它源于美国国防部提出的超高速集成电路(Very High Speed Integrated Circuit,简称 VHSIC)计划,是ASIC设计和PLD设计的一种主要输入工具2) Veriolg HDL 是Verilog公司推出的硬件描述语言,在ASIC设计方面与VHDL 语言平分秋色3) 其它EDA软件如专门用于微波电路设计的Microwave office和电力载波工具、PCB 制作和工艺流程控制等领域的工具3、EDA 工具的应用EDA工具在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用在教学方面,几乎所有理工科(特别是电子信息)类的高校都开设了 EDA课程主要 是让学生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL语言编写规范、掌握逻辑综合的 理论和算法、使用EDA工具进行电子电路课程的实验并从事简单系统的设计一般学习电 路仿真工具(如EWB、PSPICE)和PLD开发工具(如Altera/Xilinx的器件结构及开发系统), 为今后工作打下基础。
科研方面主要利用电路仿真工具(EWB或PSPICE)进行电路设计与仿真;利用虚拟仪 器进行产品测试;将CPLD/FPGA器件实际应用到仪器设备中;从事PCB设计和ASIC设 计等在产品设计与制造方面,包括前期的计算机仿真,产品开发中的EDA工具应用、系统 级模拟及测试环境的仿真,生产流水线的EDA技术应用、产品测试等各个环节如PCB的 制作、电子设备的研制与生产、电路板的焊接、ASIC的流片过程等从应用领域来看, EDA 技术已经渗透到各行各业,包括在机械、电子、通信、航空航 天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域,都有EDA有应用另外,EDA软件的功 能日益强大,原来功能比较单一的软件,现在增加了很多新用途。